技术领域
[0001] 本
发明涉及电液
伺服阀控制技术领域，尤其涉及一种应用于可穿戴式助
力外骨骼下肢电液伺服控制系统中的伺服阀放大器。
背景技术
[0002] 伺服阀放大器为电液伺服阀的驱动、控制专用
控制器。伺服放大器作用是将输入指令
信号(
电压)同系统反馈信号(电压)进行比较、放大和运算后，输出一个与偏差电压信号成比例的控制
电流给伺服阀力矩
马达控制线圈，控制伺服阀阀芯开度大小。并通过采用各种液压设备和测量
传感器构成对
位置、速度、
加速度、力等物理量进行控制的电液伺服系统，如：阀控油缸、阀控马达、阀控
泵等。
[0003] 常用的伺服阀放大器有指令与信号输入
电路、调零
偏置电路、前置放大电路、限流电路、功率放大电路等模
块，一般存在以下缺点：
[0004] 1）由于阀的库伦
摩擦力影响，常用的伺服阀放大器易存在阀芯卡滞的现象。
[0005] 2）误差干扰大，导致受控阀的
分辨率较低。
[0006] 3）漂移现象明显，
稳定性差，对环境要求高，不适合户外工作。
[0007] 4）响应速度快但超调量一般偏大，难以满足实时性需求。
发明内容
[0008] 本发明的目的是针对
现有技术的不足，提供一种伺服阀放大器，该放大器电路在电液伺服阀的控制上，具有可靠、高灵敏度、减少伺服阀卡顿等特点。
[0009] 为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种伺服阀放大器，所述伺服阀放大器用于连接实时控制器和电液伺服阀，它包括稳压模块、驱动模块、
颤振信号发生模块和输入输出模块；其中，
[0010] 所述稳压模块包括非极性电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C12、C16，极性电容C11、C15、C17，齐纳稳压
二极管D3、D4、D5，
发光二极管D6、D7，
电阻R24、R25；其中，非极性电容C1、C2、C3、C4的一端和齐纳稳压二极管D3的负极均与外部输入+15V相连，非极性电容C1、C2、C3、C4的另一端、齐纳稳压二极管D3的正极、非极性电容C5、C6、C7、C8的一端和齐纳稳压二极管D4的负极均接地；非极性电容C5、C6、C7、C8的另一端和齐纳稳压二极管D4的正极均与外部输入-15V相连；极性电容C11的正极、非极性电容C12的一端、极性电容C17的正极、齐纳稳压二极管D5的负极相连后与外部输入+15V相连；极性电容C15、C17的负极，非极性电容C16的一端，齐纳稳压二极管D5的正极相连后与外部输入-15V相连；极性电容C11的负极、极性电容C15的正极、非极性电容C12、C16的另一端均接地；电阻R24的一端与外部输入+15V相连，另一端与发光二极管D7的正极相连；电阻R25的一端与外部输入-15V相连，另一端与发光二极管D6的负极相连；发光二极管D7的负极和发光二极管D6的正极均接地；
[0011] 所述驱动模块电路包括差分输入模块、偏置和颤振输入模块、
反相器模块、电流泵模块和TVS瞬态稳压管模块；其中，所述差分输入模块包括电阻R14、R17、R21、R11，
运算放大器AR3；其中，电阻R14的一端与电阻R11的一端相连后与运算放大器AR3的负极输入端相连；电阻R11的另一端与运算放大器AR3的输出端相连；电阻R17的一端与电阻R21的一端相连后与运算放大器AR3的正极输入端相连；电阻R21的另一端接地；运算放大器AR3的第一电源输入端和第二电源输入端分别接外部输入+15V和-15V；所述偏置和颤振输入模块包括电阻R1、R3、R8、R9，滑动变阻器R2、R10；其中，电阻R8的一端与滑动变阻器R10的变阻丝的一端相连；电阻R1的一端接外部输入-15V，另一端与滑动变阻器R2的电阻丝的一端相连；滑动变阻器R2的电阻丝的另一端与电阻R3的一端相连；电阻R3的另一端与外部输入+15V相连；滑动变阻器R2的滑动端与电阻R9的一端相连；所述反相器模块包括电阻R16、R13，运算放大器AR5；其中，电阻R13的一端与运算放大器AR5的负极输入端相连，运算放大器AR5的正极输入端接地；电阻R13的另一端与运算放大器AR5的输出端相连；运算放大器AR5的第一电源输入端和第二电源输入端分别接外部输入+15V和-15V
端子；运算放大器AR3的输出端与电阻R16的一端相连；运算放大器AR5的负极输入端、电阻R16的另一端、滑动变阻器R10的变阻丝的另一端、滑动变阻器R10的滑动端和电阻R9的另一端相连于一点；所述电流泵模块包括电阻R12、R6、R18、R19、R15，滑动变阻器R7、R20，二极管D1、D2和运算放大器AR2；其中，电阻R12的一端接地，另一端与电阻R6的一端相连后接入运算放大器AR2的负极输入端；电阻R6的另一端分别与滑动变阻器R7的变阻丝一端和滑动变阻器R7的滑动端相连；电阻R18的一端与运算放大器AR5的输出端相连，另一端与电阻R19的一端相连后接入运算放大器AR2的正极输入端；电阻R19的另一端与滑动变阻器R20的电阻丝的一端相连，滑动变阻器R20的电阻丝的另一端与电阻R15的一端相连；电阻R15的另一端与滑动变阻器R7的变阻丝另一端相连后接入运算放大器AR2的输出端；运算放大器AR2的第一电源输入端和第二电源输入端分别接外部输入+15V和-15V；滑动变阻器R20的滑动端与二极管D1的正极相连；二极管D1的负极与二极管D2的负极相连；二极管D2的正极接地；所述TVS瞬态稳压管模块包括稳压管TVS2、TVS4、TVS5；其中，稳压管TVS2的一极与电阻R8的另一端相连，稳压管TVS4的一极与电阻R14的另一端相连，稳压管TVS5的一极与电阻R17的另一端相连，稳压管TVS2、TVS4、TVS5的另一极均接地；
[0012] 所述颤振信号发生模块电路包括电源滤波模块、发生器模块；所述电源滤波模块包括电容C10和C14；其中，电容C10一端与外部输入+15V相连，另一端与电容C14的一端相连后接地；电容C14的另一端与外部输入-15V相连；所述发生器模块包括电阻R22、R28、R29、R26，滑动变阻器R23、R27，电容C9、C13，运算放大器AR6、AR7；其中，电容C9的一端接地，另一端与电阻R22的一端相连后接运算放大器AR7的负极输入端；电阻R22的另一端与滑动变阻器R23的一端相连；电阻R28的一端接地，另一端与电阻R29的一端相连后接入运算放大器AR7的正极输入端；运算放大器AR7的第一电源输入端和第二电源输入端分别接外部输入+15V和-15V；滑动变阻器R23的另一端、电阻R26的一端、电阻R29的另一端均与运算放大器AR7的输出端相连；电阻R26的另一端、滑动变阻器R27的电阻丝的一端和电容C13的一端相连于一点；电容C13的另一端和滑动变阻器R27的电阻丝的另一端均接地；滑动变阻器R27的滑动端与运算放大器AR6的正极输入端口相连；运算放大器AR6的负极输入端口与输出端口短接；运算放大器AR6的输出端口与电阻R8的另一端相连；
[0013] 所述输入输出模块包括信号输入接线端子P1、输出电流接线端子P2、电源输入接线端子P3；其中，信号输入接线端子P1的正极输入端口接电阻R17的另一端，负极输入端口接电阻R14的另一端，接地端口接地；输出电流接线端子P2的输出端口接电流泵模块的滑动变阻器R20的滑动端与二极管D1的正极的公共端,接地端口接地；电源输入接线端子P3的正极端口接外部输入+15V，接地端口接地，负极端口接外部输入-15V；
[0014] 实时控制器的两个控
制模拟电压信号输出端口与信号输入接线端子P1的正极输入端口和负极输入端口相连；电液伺服阀的电流输入端口与输出电流接线端子P2的输出端口相连。
[0015] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0016] 1）通过高频颤振信号提高了伺服阀的分辨率。
[0017] 2）有效阻止了由于库伦摩擦力造成的阀芯卡滞现象。
[0018] 3）利用低零漂精密运算放大器芯片等方式有效降低零漂现象
[0019] 4）适应于户外工作、雷雨天气等较为恶劣环境。
[0020] 5）伺服放大器线性度好、响应速度快、超调量适中，基本满足实时控制需求。
附图说明
[0021] 图1是本发明的伺服阀放大器稳压模块的电路图；
[0022] 图2是本发明的伺服阀放大器驱动模块的电路图；
[0023] 图3是本发明的伺服阀放大器颤振信号发生模块的电路图；
[0024] 图4是本发明的伺服阀放大器输入输出模块的电路图；
具体实施方式
[0025] 下面结合附图和
实施例对本发明作进一步的说明。
[0026] 本发明的一种伺服阀放大器，该伺服阀放大器用于连接实时控制器和电液伺服阀，它包括：稳压模块、驱动模块、颤振信号发生模块和输入输出模块；
[0027] 如图1所述，稳压模块包括非极性电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C12、C16，极性电容C11、C15、C17，齐纳稳压二极管D3、D4、D5，发光二极管D6、D7，电阻R24、R25；其中，非极性电容C1、C2、C3、C4的一端和齐纳稳压二极管D3的负极均与外部输入+15V相连，非极性电容C1、C2、C3、C4的另一端、齐纳稳压二极管D3的正极、非极性电容C5、C6、C7、C8的一端和齐纳稳压二极管D4的负极均接地；非极性电容C5、C6、C7、C8的另一端和齐纳稳压二极管D4的正极均与外部输入-15V相连；极性电容C11的正极、非极性电容C12的一端、极性电容C17的正极、齐纳稳压二极管D5的负极相连后与外部输入+15V相连；极性电容C15、C17的负极，非极性电容C16的一端，齐纳稳压二极管D5的正极相连后与外部输入-15V相连；极性电容C11的负极、极性电容C15的正极、非极性电容C12、C16的另一端均接地；电阻R24的一端与外部输入+15V相连，另一端与发光二极管D7的正极相连；电阻R25的一端与外部输入-15V相连，另一端与发光二极管D6的负极相连；发光二极管D7的负极和发光二极管D6的正极均接地；
[0028] 如图2所示，驱动模块电路包括差分输入模块、偏置和颤振输入模块、反相器模块、电流泵模块和TVS瞬态稳压管模块；其中，差分输入模块
输出信号与偏置和颤振输入模块输出信号并联后与反相器模块
串联，反相器模块再与电流泵模块串联，得到输出电流IO，输出电流IO作为电流
模拟信号输出到电液伺服阀作为
控制信号；
[0029] 所述差分输入模块包括电阻R14、R17、R21、R11，运算放大器AR3；其中，电阻R14的一端与电阻R11的一端相连后与运算放大器AR3的负极输入端（端口2）相连；电阻R11的另一端与运算放大器AR3的输出端（端口6）相连；电阻R17的一端与电阻R21的一端相连后与运算放大器AR3的正极输入端（端口3）相连；电阻R21的另一端接地；运算放大器AR3的第一电源输入端（端口7）和第二电源输入端（端口4）分别接外部输入+15V和-15V；
[0030] 所述偏置和颤振输入模块包括电阻R1、R3、R8、R9，滑动变阻器R2、R10；其中，电阻R8的一端与滑动变阻器R10的变阻丝的一端相连；电阻R1的一端接外部输入-15V，另一端与滑动变阻器R2的电阻丝的一端相连；滑动变阻器R2的电阻丝的另一端与电阻R3的一端相连；电阻R3的另一端与外部输入+15V相连；滑动变阻器R2的滑动端与电阻R9的一端相连；
[0031] 所述反相器模块包括电阻R16、R13，运算放大器AR5；其中，电阻R13的一端与运算放大器AR5的负极输入端（端口2）相连，运算放大器AR5的正极输入端（端口3）接地；电阻R13的另一端与运算放大器AR5的输出端（端口6）相连；运算放大器AR5的第一电源输入端（端口7）和第二电源输入端（端口4）分别接外部输入+15V和-15V端子；运算放大器AR3的输出端（端口6）与电阻R16的一端相连；运算放大器AR5的负极输入端（端口2）、电阻R16的另一端、滑动变阻器R10的变阻丝的另一端、滑动变阻器R10的滑动端和电阻R9的另一端相连于一点；
[0032] 所述电流泵模块包括电阻R12、R6、R18、R19、R15，滑动变阻器R7、R20，二极管D1、D2和运算放大器AR2；其中，电阻R12的一端接地，另一端与电阻R6的一端相连后接入运算放大器AR2的负极输入端（端口2）；电阻R6的另一端分别与滑动变阻器R7的变阻丝一端和滑动变阻器R7的滑动端相连；电阻R18的一端与运算放大器AR5的输出端（端口6）相连，另一端与电阻R19的一端相连后接入运算放大器AR2的正极输入端（端口3）；电阻R19的另一端与滑动变阻器R20的电阻丝的一端相连，滑动变阻器R20的电阻丝的另一端与电阻R15的一端相连；电阻R15的另一端与滑动变阻器R7的变阻丝另一端相连后接入运算放大器AR2的输出端（端口6）；运算放大器AR2的第一电源输入端（端口7）和第二电源输入端（端口4）分别接外部输入+
15V和-15V；滑动变阻器R20的滑动端与二极管D1的正极相连，它们的公共端输出输出信号IO；二极管D1的负极与二极管D2的负极相连；二极管D2的正极接地；
[0033] 所述TVS瞬态稳压管模块包括稳压管TVS2、TVS4、TVS5；其中，稳压管TVS2的一极与电阻R8的另一端相连，稳压管TVS4的一极与电阻R14的另一端相连，稳压管TVS5的一极与电阻R17的另一端相连，稳压管TVS2、TVS4、TVS5的另一极均接地；
[0034] 如图3所示，颤振信号发生模块电路包括电源滤波模块、发生器模块；两模块间并联；
[0035] 所述电源滤波模块包括电容C10和C14；其中，电容C10一端与外部输入+15V相连，另一端与电容C14的一端相连后接地；电容C14的另一端与外部输入-15V相连；
[0036] 所述发生器模块包括电阻R22、R28、R29、R26，滑动变阻器R23、R27，电容C9、C13，运算放大器AR6、AR7；其中，电容C9的一端接地，另一端与电阻R22的一端相连后接运算放大器AR7的负极输入端（端口2）；电阻R22的另一端与滑动变阻器R23的一端相连；电阻R28的一端接地，另一端与电阻R29的一端相连后接入运算放大器AR7的正极输入端（端口3）；运算放大器AR7的第一电源输入端（端口7）和第二电源输入端（端口4）分别接外部输入+15V和-15V；滑动变阻器R23的另一端、电阻R26的一端、电阻R29的另一端均与运算放大器AR7的输出端（端口6）相连；电阻R26的另一端、滑动变阻器R27的电阻丝的一端和电容C13的一端相连于一点；电容C13的另一端和滑动变阻器R27的电阻丝的另一端均接地；滑动变阻器R27的滑动端与运算放大器AR6的正极输入端口（端口3）相连；运算放大器AR6的负极输入端口（端口2）与输出端口（端口6）短接；运算放大器AR6的输出端口（端口6）输出颤振信号DitherOutput；
运算放大器AR6的输出端口（端口6）与电阻R8的另一端相连；
[0037] 如图4所示，输入输出模块包括信号输入接线端子P1、输出电流接线端子P2、电源输入接线端子P3；其中，信号输入接线端子P1的正极输入端口接电阻R17的另一端，负极输入端口接电阻R14的另一端，接地端口接地；输出电流接线端子P2的输出端口接电流泵模块的滑动变阻器R20的滑动端与二极管D1的正极的公共端,接地端口接地；电源输入接线端子P3的正极端口接外部输入+15V，接地端口接地，负极端口接外部输入-15V；
[0038] 实时控制器的两个控制模拟电压信号输出端口与信号输入接线端子P1的正极输入端口和负极输入端口相连；电液伺服阀的电流输入端口与输出电流接线端子P2的输出端口相连。
[0039] 伺服放大器电路的工作原理：伺服放大器在实际工况中，颤振信号发生模块的发生器模块自激产生并输出颤振信号DirtherOutput；实时控制器的两个模拟电压信号分别与信号输入接线端子P1的正极输入端口和的负极输入端口相连，实时控制器向驱动模块发送模拟电压信号IN+和IN-，模拟电压信号IN+和IN-通过差分输入模块抑制共模信号从而减小误差；改善后的
差分信号与颤振信号
叠加后通过反相器模块反相后输入到电流泵模块；电流泵模块根据
输入信号的大小，按滑动变阻器R7和R20所控制的放大比例，将电压信号转化为输出恒定且不受负载影响的电流信号IO，输出的恒定电流信号IO控制电液伺服阀，最终实现高灵敏度，低误差，可靠的伺服放大驱动作用。
